Desain Filter Pasif Harmonisa pada Sistem Kelistrikan CPA Petrochina Tuban - ITS Repository

  baya 2015 TUGAS AKHIR – TE 141599

DESAIN FILTER PASIF HARMONISA PADA SISTEM

KELISTRIKAN CPA PETROCHINA TUBAN Mas Fatkhurrohman NRP 2212 105 083 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Ir. Sjamsjul Anam, MT. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2015

  FINAL PROJECT – TE 141599

DESIGN HARMONIC PASSIVE FILTER ON ELECTRICAL

SYSTEM OF CPA PETROCHINA TUBAN Mas Fatkhurrohman NRP 2212 105 083 Advisor Dr. Ir. Margo Puj iantara, MT. Ir. Sj amsj ul Anam, MT. DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING Faculty of Indust rial Techology Sepuluh Nopember Institute of Technology Surabaya 2015

  

ABSTRAK

  Nama Mahasiswa : Mas Fatkhurrohman Judul Tugas Akhir : Desain Filter Pasif Harmonisa Pada Sistem

  Kelistrikan Cpa Petrochina Tuban Nama Pembimbing I : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Nama Pembimbing II : Ir. Sjamsjul Anam, MT.

  JOB P-PEJ (Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java), Tuban bergerak dalam bidang produksi minyak dan gas. Central Processing Area (CPA) merupakan suatu tempat untuk proses pemisahan fluida dan gas lebih lanjut. Dalam kegiatan produksinya,

  

plant CPA JOB P-PEJ (Central Processing Area Joint Operating Body

  Pertamina – Petrochina East Java), Tuban menggunakan berbagai macam peralatan elektronika daya seperti variable speed drive (VSD), lampu fluorescent, dan lain - lain. Efek dari penggunaan alat –alat tersebut yaitu menimbulkan permasalahan kualitas daya (power quality) yaitu berupa munculnya gangguan harmonisa dalam sistem tenaga listrik yaitu pada MCC PAD A THD 9.63%, BB MCC PAD-B THD _{V V}

  8.73%, BB MCC PAD C THD 9.55% dan MCC5.2 THD 6.49%. selain _{V V} itu operasi yang digunakan pada Plant CPA saat ini adalah PP1 dan PP2 (yang mengalami penambahan generator Centaur 2 dan 4 motor pump baru) yang bekerja secara independen (konfigurasi belum terintergrasi).

  Untuk meningkatkan keandalan di plant CPA secara keseluruhan (PP1 dan PP2) maka akan ada wacana PP1 dan PP2 ke depan dioperasikan terintegrasi. Pada tugas akhir ini, software yang digunakan untuk proses simulasi adalah ETAP 7.5 untuk melakukan peredaman harmonisa dengan menggunakan filter pasif yang didesain saat konfigurasi belum terintergrasi. Hasil dari tugas akhir ini menunjukkan bahwa penggunaan filter pasif single tuned yang didesain saat konfigurasi belum terintergrasi dapat mengurangi nilai harmonisa yang ditimbulkan sehingga memenuhi standar IEEE Std. 519-1992 baik untuk konfigurasi belum terintergrasi maupun untuk konfigurasi terintergrasi dalam wacana kedepanya.

  

Kata kunci: filter pasif single tuned, Harmonisa, peningkatan

kehandalan, CPA JOB P-PEJ ( Central Processing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java)

  

Halaman ini sengaja dikosongkan

  

ABSTRACT

  Name of Student : Mas Fatkhurrohman Title of Final Project : Design Harmonic Passive Filter On

  Electrical System Of Cpa Petrochina Tuban Advisor I : Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. Advisor II : Ir. Sjamsjul Anam, MT.

  JOB P-PEJ (Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java) Tuban operates in production oil and gas industry. Central Processing Area (CPA) is a place to separate between fluid and gas more futher. In the production of process plant CPA JOB P-PEJ(Central Processing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java), Tuban using the variety of power electronic devices such as variable speed drive (VSD), fluorescent lamp, etc. The effect from using such tools is the presence of power quality namely harmonic distortion. The presence of harmonic is detected in MCC PAD A THDV 9.63%, BB MCC PAD- B THDV 8.73%, BB MCC PAD C THDV 9.55% and MCC5.2 THDV 6.49%. In addition, the current operating that using by plant CPA is PP1 and PP2(with added generator centaur 2 and 4 pump motor) working independently(configuration not integrated).To improve reliability in plant CPA in a whole(PP1 and PP2), there are some proposes to integrate between PP1 and PP2 in the future. In this final project the software that are using is ETAP 7.5 in order to damp the harmonic with using pasif filter designed when the condition has not been integrated yet. The result of this final project give evidence that the using pasiv filter single tune designed when the condition has not been integrated yet, successfully decrease the harmonic value hence this current condition fulfill standart IEEE Std. 519-1992 for configuration not integrated or the integrated configuration for the purpose of development in the future.

  

Key word: pasif filter single tuned, Harmonic, reliability

improvement, CPA JOB P-PEJ (Central Processing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java)

  

Halaman ini sengaja dikosongkan

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Allah SWT karena telah terselesaikannya pembuatan Tugas Akhir ini, atas segala limpahan karunia, rahmat dan ridho yang didapat penulis. Adapun maksud dibuatnya laporan Tugas Akhir ini, adalah sebagai melengkapi persyaratan menyelesaikan studi pada bidang studi Teknik Sistem Tenaga, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

  Tidak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Allah SWT dan Nabi Muhammad SAW atas petunjuknya berupa Agama Islam.

  2. Kedua orang tua dan adik yang telah mendukung penulis selama berkuliah di Teknik Elektro, memberikan doa dalam sholatnya dan memberi semangat tanpa batas selama menempuh studi sampai akhir pembuatan buku ini.

  3. Bapak Dr. Ir. Margo Pujiantara, MT. dan Ir. Sjamsjul Anam, MT. sebagai dosen pembimbing penulis yang telah memberikan pengetahuan, arahan, dan waktu. Dengan sabar beliau telah membimbing penulis sampai akhirnya buku Tugas Akhir penulis dapat terselesaikan.

  4. Dan semua teman-teman LJ POWER 2012 dan banyak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah memberi dorongan dan bantuan dalam menyelesakan Tugas Akhir ini baik secara langsung maupun tidak langsung

  5. ada_nh yang telah membantu belajar, membuat mengerti memberikan pengetahuan, arahan, dan waktu. Besar harapan saya sebagai penulis agar Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat dan masukan bagi siapa saja yang membacanya.

  Surabaya, Januari 2015 Penulis

  

Halaman ini sengaja dikosongkan

  

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ............................................................................

LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................

ABSTRAK ......................................................................................... i

ABSTRACT ....................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ....................................................................... v

DAFTAR ISI ...................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................... xi

DAFTAR TABEL ............................................................................. xiii

BAB 1. PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang Masalah ............................................................. 1

  1.2 Perumusan Masalah .................................................................... 1

  1.3 Tujuan ......................................................................................... 2

  1.4 Metodologi ................................................................................. 2

  1.5 Sistematika Penulisan ................................................................. 3

  1.6 Relevansi .................................................................................... 4

  BAB 2. LANDASAN TEORI

  2.1. Kualitas Daya ............................................................................ 5

  2.2. Faktor Daya ............................................................................... 5

  2.3. Harmonisa ................................................................................. 6

  2.3.1 Pengertian Harmonisa .................................................... 6

  2.3.2 Metode Fourier untuk Analisis Harmonisa .................... 9

  2.3.3 Sumber-Sumber Harmonisa ............................................ 11

  2.3.3.1 Konverter........................................................... 11

  2.3.3.2 Tanur Busur Listrik ........................................... 11

  2.3.3.3 Transformator .................................................... 12

  2.3.3.4 Mesin – Mesin Berputar .................................... 13

  2.3.4 Pengaruh yang Ditimbulkan Oleh Harmonisa ................. 13

  2.3.4.1 Pengaruh Pada Faktor Daya .............................. 13

  2.3.4.2 Pengaruh Pada Saluran Transmisi ..................... 14

  2.3.4.3 Pengaruh Pada Transformator ........................... 14

  2.3.4.4 Pengaruh Pada Kapasitor Bank ......................... 15

  2.3.4.5 Resonansi .......................................................... 15

  2.3.4.5.1 Resonansi Paralel ............................. 15

  2.3.4.5.2 Resonansi Seri .................................. 15

  2.3.4.6 Pengaruh Pada Mesin –Mesin Berputar ............ 18

  2.3.4.7 Pengaruh Pada Rele Pengaman .......................... 18

  2.3.4.8 Pengaruh Pada Peralatan Pemutus ..................... 18

  2.3.4.9 Pengaruh Pada Sistem Tenaga Yang Lain ......... 19

  2.3.5 Indeks Harmonisa ............................................................ 19

  2.3.5.1 Total Harmonic Distortion (THD) ..................... 19

  2.3.5.2 Total Demand Distortion(TDD) ........................ 20

  2.3.6 Filter Harmonisa .............................................................. 22

  2.3.6.1 Filter Pasif .......................................................... 22

  2.3.6.1.1 Filter Dengan PenalaanTunggal ........ 22

  2.3.6.1.2 Filter Dengan Penalaan Ganda .......... 24

  2.3.6.2 Filter Aktif Paralel ............................................. 24

  

BAB 3. SISTEM KELISTRIKAN PLANT CPA JOB P-PEJ

(CENTRAL PROCESSING AREA JOINT OPERATING BODY PERTAMINA – PETROCHINA EAST JAVA), TUBAN

  3.1 Sistem Kelistrikan Plant CPA JOB P-PEJ (Central

  

Processing Area Joint Operating Body Pertamina –

Petrochina East Java), Tuban ...................................................... 27

  3.2 Sistem Distribusi Tenaga Listrik Plant CPA JOB P-PEJ

  

(Central Processing Area Joint Operating Body Pertamina –

Petrochina East Java), Tuban ........................................................ 30

  3.3 Beban Pada Sistem Kelitrikan Plant CPA JOB P-PEJ

  

(Central Processing Area Joint OperatingBody Pertamina –

Petrochina East Java), Tuban ........................................................ 30

  3.4. Sumber Harmonisa di Plant CPA JOB P-PEJ (Central

  

Processing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina

East Java), Tuban ........................................................................ 33

  3.5 Langkah - Langkah Peredaman Harmonisa di Plant CPA JOB

  

P-PEJ (Central Processing Area Joint Operating Body

Pertamina – Petrochina East Java), Tuban .................................. 34 BAB 4. ANALISIS DAN HASIL SIMULASI

  4.1 Simulasi Sistem Kelistrikan di plant CPA JOB P-PEJ (Central

  

Processing Area Joint Operating Body Pertamina –

  Petrochina East Java), Tuban. ..................................................... 39

  4.2 Kondisi Eksisting Tegangan dengan Konfigurasi Belum Terintergrasi. ............................................................................... 40

  4.3 Data - Data Bus Hasil Simulasi Harmonisa dengan Konfigurasi Belum terintergrasi ..................................................................... 42

  4.6.2 Harmonisa Arus dengan Konfigurasi Terintergrasi ...... 68

  

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................... 77

LAMPIRAN ....................................................................................... 79

RIWAYAT HIDUP PENULIS ................................................

  5.2. Saran ........................................................................................... 76

  5.1. Kesimpulan ................................................................................. 75

  BAB 5. PENUTUP

  4.7.2 Pengaruh Pemasangan Filter Harmonisa Pasif Terhadap Harmonisa Arus............................................................... 72

  4.7.1 Pengaruh Pemasangan Filter Harmonisa Pasif Terhadap Harmonisa Tegangan Pada Konfigurasi Terintergrasi .... 70

  4.7 Spesifikasi Filter Harmonisa Pada Konfigurasi Terintergrasi .... 70

  4.6.1 Harmonisa Tegangan dengan Konfigurasi Belum Terintergrasi Dan Terintergrasi ....................................... 65

  4.3.1 Harmonisa Tegangan dengan Konfigurasi Belum Terintergrasi .................................................................... 43

  4.6 Data - Data Bus Hasil Simulasi Harmonisa dengan Konfigurasi Terintergrasi ............................................................................... 65

  4.5 Kondisi Eksisting Tegangan dengan Konfigurasi Terintergrasi . 62

  4.4.3 Pengaruh Pemasangan Filter Harmonisa Pasif Terhadap Harmonisa Arus............................................................... 61

  4.4.2 Pengaruh Pemasangan Filter Harmonisa Pasif Terhadap Harmonisa Tegangan ....................................................... 58

  4.4.1 Desain Filter Harmonisa Pasif ......................................... 52

  4.4 Perhitungan Spesifikasi Filter Harmonisa .................................. 50

  4.3.2 Harmonisa Arus dengan Konfigurasi Belum Terintergrasi .................................................................... 48

  85

  

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan

  

DAFTAR TABEL

TABEL HALAMAN

Tabel 2.1 Limit Distorsi Arus Harmonisa Sesuai standar

  IEEE 519-1992 .......................................................... 21

Tabel 2.2 Limitasi Distorsi Tegangan Harmonisa Sesuai

  Standar IEEE 519-1992 ............................................. 21

  Tabel 3.1

  Data Generator Pada Plant CPA JOB P-PEJ, Tuban ......................................................................... 27

Tabel 3.2 Data Trafomator Pada Plant CPA JOB P-PEJ,

  Tuban ............................................................................. 30

Tabel 3.3 Data Beban Motor Pada Plant CPA JOB P-PEJ,

  Tuban ............................................................................. 31

Tabel 3.4 Data Kemampuan VFD Pada Plant CPA JOB P-PEJ,

  Tuban ............................................................................. 33

Tabel 3.5 Data Sekunder Harmonisa Tegangan Pada Plant CPA

  JOB P-PEJ, Tuban. ....................................................... 38

Tabel 4.1 Data Hasil Simulasi Load Flow Nilai Tegangan

  plant CPA JOB P-PEJ Terhadap Nilai Standar

  Konfigurasi Belum Terintergrasi ............................... 40

Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi Harmonisa Pada Konfigurasi

  Belum Terintergrasi Sebelum di Filter ...................... 43

Tabel 4.3 Data Bus yang Merupakan Sumber harmonisa .......... 45Tabel 4.4 Data IHD Tidak Sesuai Standar Pada Kondisi

  V Belum Terintergrasi Plant CPA JOB P-PEJ.............. 45

Tabel 4.5 Data Hasil Simulasi Harmonisa Pada Konfigurasi

  Belum Terintergrasi Sebelum di Filter ...................... 48

Table 4.6 Spesifikasi Filter Harmonisa PAD A ......................... 53Table 4.7 Spesifikasi Filter Harmonisa PAD B ......................... 54Table 4.8 Spesifikasi Filter Harmonisa PAD C ......................... 56Table 4.9 Spesifikasi Filter Harmonisa VSD (Water Injection

  Pump 1) ..................................................................... 57

Table 4.10 Tabulasi Lengkap Desain Filter Harmonisa Pasif ...... 58Tabel 4.11 Data Perbandingan THD Di Semua Bus Sebelum

  V Dan Setelah Penggunaan Filter Harmonisa Pasif

  Pada Kondisi Belum Terintergrasi ............................. 58

Tabel 4.12 Data Perbandingan THD di Bus Sumber Harmonisa

  V Sebelum dan Setelah Penggunaan Filter Harmonisa

  Pasif Pada Kondisi Belum Terintergrasi .................... 61

Tabel 4.13 Data Perbandingan IHD di Bus Sumber Harmonisa

  V Sebelum dan Setelah Penggunaan Filter Harmonisa

  Pasif Pada Kondisi Belum Terintergrasi .................... 61

Tabel 4.14 Data Hasil Simulasi Harmonisa Pada Konfigurasi

  Belum Terintergrasi Setelah Pemasangan Filter Pasif ............................................................................ 62

Tabel 4.15 Perbandingan Hasil Simulasi Load Flow Nilai

  Tegangan Plant CPA JOB P-PEJ Terhadap Nilai Standar Konfigurasi Belum terintergrasi Dan Terintergrasi ............................................................... 62

Tabel 4.16 Data Perbandingan Hasil Simulasi Harmonisa Pada

  Konfigurasi Belum Terintergrasi dan Terintergrasi Tanpa Filter ................................................................ 65

Tabel 4.17 Data Bus Konfigurasi Belum Terintergrasi

  dan Terintergrasi yang Merupakan Sumber Harmonisa .................................................................. 68

Tabel 4.18 Data Hasil Simulasi Harmonisa Pada Konfigurasi

  Terintergrasi Tanpa Filter ........................................... 68

Tabel 4.19 Data Perbandingan Hasil Simulasi Harmonisa Pada

  Konfigurasi Belum terintergrasi dan Terintergrasi Tanpa Filter ................................................................ 69

Tabel 4.20 Data Perbandingan THD di Semua Bus Sebelum

  V

  dan Setelah Penggunaan Filter Harmonisa Pasif Pada Kondisi Terintergrasi ......................................... 70

Tabel 4.21 Data Hasil Simulasi Harmonisa Pada Konfigurasi

  Terintergrasi Setelah Pemasangan Filter pasif ........... 72

  

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR HALAMAN

  Listrik ........................................................................ 18

Gambar 3.4 Flowchart Metodologi Peredaman Harmonisa di

  Plant CPA JOB P-PEJ ............................................ 35

Gambar 3.3 Flowchart Metodologi Peredaman Harmonisa di

  CPA JOB P- PEJ Tuban Konfigurasi Terintergrasi .... 29

Gambar 3.2 Single Line Diagram Pada Sistem Kelistrikan Plant

  CPA JOB P- PEJ Tuban Konfigurasi Belum Terintergrasi .................................................................. 28

Gambar 3.1 Single Line Diagram Pada Sistem Kelistrikan PlantGambar 2.13 Blok Diagram Filter Daya Reaktif Paralel ................. 24

  dari Dua Buah Filter Penalaan Tunggal (b) Filter Penalaan Ganda (c) Impedansi Filter Penalaan Ganda yang ditala Pada Orde Lima dan Tujuh .......... 24

Gambar 2.12 Rangkaian Filter Penalaan Ganda (a) Transformasi

  Impedansi Terhadap Frekuensi Filter Penalaan Tunggal ...................................................................... 23

Gambar 2.11 (a) Rangkaian Filter Penalaan Tunggal (b) GrafikGambar 2.10 Fenomena Resonansi Seri Pada Sistem TenagaGambar 2.1 Segitiga Daya ............................................................. 6

  Resonansi Seri ........................................................... 17

Gambar 2.9 Kurva Impedansi Terhadap Frekuensi Saat Terjadi

  Listrik ........................................................................ 16

Gambar 2.8 Fenomena Resonansi Paralel Pada Sistem Tenaga

  Resonansi Paralel ....................................................... 16

Gambar 2.7 Kurva Impedansi Terhadap Frekuensi Saat Terjadi

  Kurva Magnetisasi, (b) Bentuk Gelombang Fluks dan Arus Magnetisasi ................................................ 13

Gambar 2.6 Magnetisasi Transformator (Tanpa Histerisis), (a)Gambar 2.5 Komponen Urutan Nol ............................................... 9Gambar 2.4 Komponen Urutan Negatif ........................................ 8Gambar 2.3 Komponen Urutan Positif ......................................... 8

  Gelombang Fundamental dengan Gelombang Harmonisa ke 3 .......................................................... 7

Gambar 2.2 Gelombang Non Sinusoidal Hasil dari Penjumlahan

  Plant CPA JOB P-PEJ (lanjutan) ............................ 36

Gambar 3.5 Bus – Bus Yang Terdapat Sumber Harmonisa

  Variable Speed Drive (VSD) ...................................... 37

Gambar 4.1 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Pad A .............. 46Gambar 4.2 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Pad B .............. 47Gambar 4.3 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada Pad C .............. 47Gambar 4.4 Spektrum Harmonisa Tegangan Pada MCC 5.2 ......... 48Gambar 4.5 Spektrum Harmonisa Arus Pada Pad A ...................... 49Gambar 4.6 Spektrum Harmonisa Arus Pada Pad B ...................... 49Gambar 4.7 Spektrum Harmonisa Arus Pada Pad C ...................... 50Gambar 4.8 Spektrum Harmonisa Arus Pada MCC 5.2 ................. 50

DAFTAR PUSTAKA

  [1]. Pujiantara, Margo., “Harmonisa Filter Pasif”, Diktat Kuliah Desain Sistem Kelistrikan Industri, Teknik Elektro, FTI, ITS. [2]. Hadi Saadat, Power System, McGraw-Hill Inc, USA,1999. [3]. Stevenson, W.D., “Analisis Sistem Tenaga Listrik”, edisi keempat, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1996. [4]. Setiawan, Awan., “Kajian Pengaruh Harmonisa Terhadap

  Sistem Tenaga Listrik”, Jurnal ELTEK, Volume 05 nomor 02, Oktober 2007 ISSN 1693-4024

  [5]. Rahmat Septian Wijanarko, “Penentuan Peralatan Untuk Meredam Harmonisa Berdasarkan Jenis Sumber Harmonisa, Orde Dan Magnitude Harmonisa Dengan Memperhitungkan Biaya Investasi Di Pt.Wilmar Nabati, Gresik”, Tugas Akhir ITS, Surabaya, 2014.

  [6]. IEEE Std. 519-1992, “IEEE Recommended Practices and

  Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems”.

  [7]. IEEE Std. 1531-2003, “Guide for Application and Specification of Harmonic Filters”.

  

Halaman ini sengaja dikosongkan

  

RIWAYAT HIDUP

Mas Fatkhurrohman dilahirkan di kota

  Madiun, pada tanggal 12 Desember 1990. Penulis menempuh pendidikan akademis di SDN

  2 Magetan, SMP Negeri I Magetan, SMU Negeri

  I Magetan, penulis melanjutkan pendidikannya di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jurusan D3 Teknik Elektro Computer Control dan lulus tahun 2012. Setelah lulus dari ITS penulis melanjutkan studinya ke jenjang sarjana pada program Lintas Jalur Gasal 2012 di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, Jurusan Teknik Elektro, Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga.. Penulis dapat dihubungi melalui email f.sam32@gmail.com.

  

Halaman ini sengaja dikosongkan

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang Masalah

  JOB P-PEJ (Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java), Tuban bergerak dalam bidang produksi minyak dan gas. Central Processing Area (CPA) merupakan suatu tempat untuk proses pemisahan fluida dan gas lebih lanjut. Dalam kegiatan produksinya,

  

plant CPA JOB P-PEJ (Central Processing Area Joint Operating Body

  Pertamina – Petrochina East Java), Tuban menggunakan berbagai macam peralatan elektronika daya seperti variable speed drive (VSD), lampu fluorescent, dan lain - lain. Efek dari penggunaan alat –alat tersebut yaitu menimbulkan permasalahan kualitas daya (power quality) yaitu berupa munculnya gangguan harmonisa dalam sistem tenaga listrik. Hal tersebut dikarenakan peralatan-peralatan elektronika daya tersebut memiliki karakteristik beban tidak linier yang dapat menyebabkan gangguan harmonisa. Fenomena harmonisa yang muncul akan menyebabkan panas dari rugi – rugi daya sehingga menyebabkan penurunan umur peralatan seperti motor, kabel dan trafo.

  Peralatan di industri yang umumnya digunakan untuk meredam gangguan harmonisa yaitu filter harmonisa pasif. Peralatan tersebut memiliki tingkat efektifitas peredaman harmonisa yang baik dan perawatan yang mudah.

  Operasi yang digunakan pada Plant CPA saat ini adalah PP1 dan PP2 (yang mengalami penambahan generator Centaur 2 dan 4 motor pump baru) yang bekerja secara independen (konfigurasi belum terintergrasi). Untuk meningkatkan keandalan di plant CPA secara keseluruhan (PP1 dan PP2) maka akan ada wacana PP1 dan PP2 ke depan dioperasikan terintegrasi.

  Pada Tugas Akhir ini, software yang digunakan adalah ETAP 7.5.

  1.2 Perumusan Masalah

  Permasalahan yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini :

  1. Bagaimana mensimulasikan dan menganalisis kondisi eksisting sistem kelistrikan di plant CPA JOB P-PEJ (Central Processing

  Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java),

  Tuban?

  2. Bagaimana mensimulasikan dan menganalisis gangguan harmonisa yang ada pada plant CPA JOB P-PEJ (Central Processing Area

  

Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java), Tuban ?

  3. Bagaimanakah cara menentukan desain peralatan filter harmonisa pasif untuk meredam gangguan harmonisa pada plant dengan konfigurasi belum terintergrasi?

  4. Bagaimana kemampuan filter yang didesain saat konfigurasi belum terintergrasi dan digunakan untuk meredam harmonisa saat konfigurasi terintergrasi?

  Batasan-batasan yang digunakan untuk menganalisis antara lain:

1. Perangkat lunak yang digunakan ialah ETAP 7.5

  2. Penulis mensimulasikan dan menganalisa suatu permodelan sistem kelistrikan berdasarkan data sekunder hasil pengukuran langsung yang ada.

1.3 Tujuan

  Tujuan yang dicapai dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah :

  1. Menganalisis dan mensimulasikan sistem kelistrikan di plant CPA JOB P-PEJ (Central Processing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java), Tuban menggunakan software ETAP 7.5.

  2. Memberikan solusi untuk mengurangi gangguan harmonisa akibat penggunaan beban tidak linier variable speed drive.

  3. Memberikan perancangan dan perhitungan filter pasif yang tepat sebagai peredam gangguan harmonisa. kemampuan filter yang didesain saat konfigurasi belum

  4. Mengetahui terintergrasi dan digunakan untuk meredam harmonisa saat konfigurasi terintergrasi.

1.4 Metodologi

  Metodologi yang di pakai dalam Tugas Akhir ini meliputi beberapa tahap :

1. Studi Literatur

  Mengumpulkan buku, paper, dan referensi mengenai harmonisa, sumber – sumber harmonisa, dan perhitungan yang tepat dalam perancangan filter harmonisa pasif.

  2. Pengumpulan Data Data yang diperlukan berupa data single line diagram, data peralatan dan library harmonisa didapatkan dari data sekunder yang ada.

  3. Pengolahan Data Pemodelan semua data pada sistem kelistrikan di plant CPA JOB P- PEJ (Central Processing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java), Tuban dilakukan dalam bentuk simulasi menggunakan ETAP 7.5. Simulasi yang dilakukan berupa simulasi aliran daya dan harmonisa.

  4. Melakukan Simulasi dan Analisis Langkah pertama hasil dari simulasi aliran daya konfigurasi belum terintergrasi dan terintergrasi digunakan untuk analisis awal kondisi sistem kelistrikan. Kemudian, simulasi harmonisa konfigurasi belum terintergrasi dan terintergrasi digunakan untuk melihat besar gangguan harmonisa pada semua bus dan kabel. Langkah kedua, berdasarkan hasil simulasi harmonisa konfigurasi belum terintergrasi, dilakukan penempatan filter harmonisa pasif di beberapa tempat tertentu sehingga indeks harmonisa yang ada pada sistem kelistrikan konfigurasi belum terintergrasi dapat memenuhi standar IEEE 519 – 1992 Langkah ketiga, dilakukan simulasi harmonisa konfigurasi terintergrasi dengan kondisi filter harmonisa yang telah didesain saat konfigurasi belum terintergrasi dalam posisi tidak aktif dan hasilnya dicatat. Kemudian dilakukan simulasi harmonisa konfigurasi terintergrasi dengan kondisi filter harmonisa yang telah didesain saat konfigurasi belum terintergrasi dalam posisi aktif dan hasilnya dicatat. apabila indeks harmonisanya memenuhi standar IEEE 519 – 1992 maka didapat kesimpulannya dan proses berakhir. Tetapi jika masih belum maka dilakukan perancangan ulang.

  5. Kesimpulan dan saran Memberikan kesimpulan mengenai kondisi harmonisa akibat gangguan yang ada di plant CPA JOB P-PEJ (Central Processing

  Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java),

  Tuban. Selain itu juga akan diberikan saran sebagai masukan berkaitan dengan apa yang telah dilakukan.

1.5 Sistematika Pembahasan

  Sistematika penulisan dalam Tugas Akhir ini terdiri atas lima bab dengan uraian sebagai berikut :

  BAB 1 Pendahuluan Dalam bab ini dijelaskan tentang latar belakang, permasalahan,

  batasan masalah, tujuan, metode penelitian, sistematika penulisan, serta relevansi yang dicapai dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini.

  BAB 2 Teori Penunjang Dalam bab ini berisikan tentang teori-teori yang menunjang

  bersangkutan dengan harmonisa dan bagaimana cara untuk mengatasi permasalahan yang timbul akibat harmonisa, serta

  Passive Filter.

  

BAB 3 Sistem Kelistrikan Sistem Kelistrikan Plant Cpa Job P-Pej

(Central Processing Area Joint Operating Body Pertamina – Petrochina East Java), Tuban

  Dalam bab ini dibahas tentang sistem kelistrikan yang ada pada plant meliputi pembangkit, beban, dan sumber dari harmonisa.

  BAB 4 Analisis dan Hasil Simulasi Dalam bab ini berisikan tentang hasil analisis dari proses simulasi yang telah dilakukan. BAB 5 Penutup Dalam bab ini berisikan tentang kesimpulan yang dapat diambil

  dan saran bersangkutan dengan penelitian Tugas Akhir yang telah dilakukan.

1.6 Relevansi

  Hasil yang diperoleh dari Tugas Akhir ini diharapkan memberikan manfaat sebagai berikut :

  1. Dapat diterapkan di dunia industri yang memiliki masalah yang sama dalam kualitas daya.

  2. Dapat meningkatkan penguasaan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang peningkatan kualitas daya.

  3. Dapat menjadi referensi bagi mahasiswa lain yang hendak mengambil masalah yang serupa untuk Tugas Akhir.

BAB II LANDASAN TEORI

  2.1. Kualitas Daya

  Masalah kualitas daya didefinisikan sebagai semua massalah daya listrik berupa penyimpangan besaran tegangan, arus, atau frekuensi yang mengakibatkan kerusakan pada peralatan listrik. Macam-macam permasalahan kualitas daya:

• • Tegangan transien / surja
• • Perubahan tegangan
• • Ketidakseimbangan tegangan dan fasa
• • Distorsi bentuk gelombang / harmonisa
• • Perubahan frekuensi
• • Fluktuasi tegangan
• • Deviasi faktor daya

  Suatu sistem tenaga listrik dituntut memenuhi syarat dasar kebutuhan layanan kepada konsumen yaitu:  Dapat memenuhi beban puncak.  Memiliki deviasi tegangan dan frekuensi yang minimum.  Menjamin urutan phase yang benar.  Menjamin distorsi gelombang tegangan dan harmonisa yang minimum dan bebas dari surja tegangan.  Menjamin suplai sistem tegangan dalam keadaan setimbang.  Memberikan suplai daya dengan keandalan tinggi dengan prosentase waktu pelayanan yang tinggi sehingga sistem dapat melayani beban secara efektif.

  Jenis gangguan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah harmonisa. Akibat adanya gangguan harmonisa akan berpengaruh pada peralatan-peralatn seperti kabel, motor dan generator. Pengaruhnya dapat terlihat pada efisiensi dan umur peralatan yang dapat berdampak pada ketidaksesuaian kapasitas produksi.

  2.2. Faktor Daya [2] [3]

  Faktor daya (cos φ) dimana phi (φ) adalah sudut antara daya total (S) dengan daya aktif (P). Faktor yang mempengaruhi faktor daya adalah daya reaktif. Daya reaktif yang tinggi dapat mengakibatkan sudut antara daya aktif dan daya total menjadi besar sehingga nilai faktor daya menjadi kecil.

  S (VA) Q (VAR)

  φ

  P (WATT)

  Gambar2.1 Segitiga Daya

  (2.1) √( cos φ) ( sin φ )

  | | √ cos φ pf (2.2) Bentuk arus dan tegangan bisa dipengaruhi oleh sifat beban yang diklasifikasikan menjadi tiga macam yaitu beban resistif, beban induktif dan beban kapasitif. Beban resistif ditandai dengan arus yang sefasa dengan tegangan.Beban induktif ditandai dengan arus yang tertinggal terhadap tegangan sebesar 90°.Beban kapasitif ditandai dengan arus yang mendahului terhadap tegangan sebesar 90°.

  Pada sistem sinus (bentuk gelombang tegangan dan arus sinus murni), faktor daya menunjukkan besar daya reaktif yang diserap. Apabila nilai tegangan dan arus tiap fasa berbeda maka nilai faktor daya di setiap fasa juga akan berbeda. Nilai standar faktor daya yang ditetapkan oleh PLN (Aturan Jaringan Tenaga Listrik point Connection Code (CC) no 2.1.F) adalah sebesar 0.85 lagging.

  Variasi Tegangan dalam sistem penyediaan tenaga listrik secara umum tegangan dititik suplai diizinkan bervariasi antara +5 % dan –10 % (Aturan Jaringan Tenaga Listrik point Connection Code (CC) no

  2.1.B), sedangkan dalam ANSI diatur dalam no C84-1 diizinkan –10% dan +4 % dalam keadaan normal, sedangkan dalam kondisi tertentu diizinkan –13 % dan +6 %. Agar memenuhi keseluruhan standar tersebut, diambil nilai ± 5% (95 – 105 %).

  [1]

2.3. Harmonisa

2.3.1. Pengertian Harmonisa

  Harmonisa adalah cacat gelombang akibat adanya interferensi gelombang lain yang memiliki frekuensi kelipatan bilangan bulat positif dari frekuensi fundamentalnya. Akibat timbulnya frekuensi harmonisa ini, maka frekuensi fundamental akan mengalami distorsi. Nilai frekuensi dari gelombang harmonisa yang terbentuk merupakan hasil kali antara frekuensi fundamental dengan bilangan harmonisa (f, 2f, 3f). Bentuk gelombang yang terdistorsi merupakan penjumlahan dari gelombang fundamental dan gelombang harmonisa (h1, h2, h3) pada frekuensi kelipatan.Semakin banyak gelombang harmonisa yang disertakan pada gelombang fundamental, maka gelombang semakin mendekati gelombang persegi atau gelombang berbentuk non sinusoidal.

  Frekuensi dasar dari gelombang tersebut dinamakan frekuensi fundamental. Untuk sistem tenaga dengan frekuensi dasar f , frekuensi dari harmonisa orde ke-n adalah n·f . Pada satu periode gelombang sinus yang terdistorsi oleh harmonisa terdiri dari beberapa komponen harmonisa, yaitu harmonisa ke-1, ke-2, ke-3. Harmonisa ke-3 berarti harmonisa yang mempunyai frekuensi tiga kali dari frekuensi fundamental, jika frekuensi fundamental 60 Hz maka harmonisa ke-3 mempunyai frekuensi 180 Hz atau dituliskan persamaanf = n x f

  h dengan n adalah bilangan bulat positif.

  Berikut adalah gambar 2.2 gelombang dari harmonisa tersebut :

  f f

  3 f + f

  

3

Gambar 2.2 Gelombang Non Sinusoidal Hasil dari

  Penjumlahan Gelombang Fundamental dengan Gelombang Harmonisa ke 3

  Dalam sistem tiga fasa, hamonisa yang dihasilkan sama seperti sistem satu fasa. Harmonisa genap biasanya diabaikan karena resultan harmonisa ini dengan komponen fundamental menghasilkan bentuk gelombang yang simetris. Dalam analisis harmonisa sistem tiga fasa, harmonisa ditinjau berdasarkan teori komponen simetris. Pada sistem tiga fasa seimbang, arus-arus dari sumber harmonisa tiga fasa seimbang dapat dikelompokkan menurut arah putaran fasanya menjadi 3 kelompok yaitu : 1) Harmonisa urutan positif ( harmonisa ke 4,7,10, …) Contoh harmonisa orde ketujuh

  (2.3) ( ) ( )

  (2.4) ( )

  ( ) ( ) ( ) (2.5)

Gambar 2.3 Komponen Urutan Positif

  Harmonisa yang mempunyai urutan fasa yang sama dengan harmonisa dasarnya. Harmonisa tersebut dapat menyebabkan penambahan panas di konduktor, CB, dan panel-panel lainnya. 2) Harmonisa urutan negatif ( harmonisa ke ,5,8, …) Contoh harmonisa orde kelima

  (2.6) ( ) ( )

  (2.7) ( )

  ( ) ( ) ( ) (2.8)

Gambar 2.4 Komponen Urutan Negatif

  Harmonisa yang mempunyai urutan fasa yang berlawanan dengan harmonisa dasarnya. Harmonisa urutan negatif dapat menimbulkan panas dan menyebabkan masalah pada motor induksi sehingga menyebabkan perlambatan pada motor tersebut.

  3) Harmonisa urutan nol ( harmonisa ke 3,6,9, …) Contoh harmonisa orde ketiga

  (2.9) ( ) ( )

  (2.10) ( ) ( )

  (2.11)

Gambar 2.5 Komponen Urutan Nol

  Harmonisa urutan nol tidak memproduksi perputaran medan di kedua arah, sehingga menghasilkan panas yang lebih dibandingkan urutan positif dan urutan negatif. Harmonisa ini tidak dapat dihilangkan. Bahaya yang terjadi dari harmonisa urutan nol adalah arus normal yang lebih besar, sehingga arus tersebut dapat menyebabkan kebakaran. Selain itu harmonisa ini tidak menghilangkan arus netral tetapi dapat menghasilkan arus netral yang lebih tinggi dari arus fasa.

  [1]

2.3.2. Metode Fourier untuk Analisis Harmonisa

  Teori Fourier Series atau deret Fourier pertama kali dikenalkan oleh ahli Fisika dan Matematika, yaitu Jean Babtiste Joseph Fourier. Teori ini membuktikan bahwa beberapa fungsi periodik dalam jangka waktu tertentu dapat direpresentasikan dengan penjumlahan komponen harmonisa dan kelanjutan orde yang lebih tinggi pada frekuensinya yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya.

  Suatu fungsi x(t) dikatakan fungsi periodik jika memenuhi syarat-syarat berikut ini : 1. x(t) = x(t + T); T adalah periode.

  2. Selama periode tertentu, fungsi harus mempunyai harga rata-rata tertentu.

  3. Jika k adalah bilangan integer, maka x(t + kT) = x(t) untuk semua nilai t.

  4. Jika dua fungsi x (t) dan x (t) mempunyai periode sama

  1

  2 maka x (t) = ax (t) +bx (t), a dan b konstanta.

  3

  1

  2

  5. Dalam satu periode T, fungsi harus mempunyai harga maksimum atau minimum yang jumlahnya tertentu.

  Suatu fungsi periodik x(t) dapat diuraikan menjadi deret Fourier yang bentuknya : ( ) ∑ ( ( ) ( ) (2.12) dengan, untuk kurva x(t) dari -T/2 sampai dengan T/2 dapat diperoleh :

  ⁄

  (2.13) ∫ ( )

  ⁄ ⁄

  ( ) ( ) (2.14) ∫

  ⁄ ⁄

  (2.15) ∫ ( ) ( )

  ⁄

  Deret Fourier juga dapat dinyatakan dalam bentuk berikut : (2.16)

  ( ) ∑ ( ) dengan :

  ⁄

  ( ) (2.17) ∫

  ⁄

  (2.18) √

  (2.19) Penyederhanaan analisis Fourier dapat dilakukan dengan menggunakan sifat-sifat khusus sebagai berikut :

  (a) Bila luas siklus positif dan negatif dalam satu periode gelomban sama, maka a = 0. (b) Bila f(t) = -f(t + T), atau fungsi mempunyai simetri setengah gelombang maka tidak akan muncul harmonisa orde genap. (c) Bila fungsi merupakan fungsi genap, biasanya simetri terhadap sumbu y, f(t) = f(-t), maka b = 0.

  n

  (d) Bila fungsi merupakan fungsi ganjil, biasanya suatu fungsi akan kembali ke posisi semula jika dicerminkan terhadap sumbu x dan dicerminkan lagi terhadap sumbu y, f(t) = -f(t), maka a = 0.

  n Dengan analisis fourier pada bentuk gelombang arus yang diserap oleh komponen atau beban penyebab harmonisa, maka dapat ditentukan komponen-komponen harmonisa yang dibangkitkan.

  [1] [4] [5]

2.3.3. Sumber-Sumber Harmonisa

  2.3.3.1 Konverter

  Kenyataan menunjukkan, bahwa pemakain komponen semikonduktor seperti diode dan thyristor dalam konversi energi listrik yang dipakai pada peralatan konverter seperti untuk penyearah (rectifier), inverter dan lainnya serta peralatan elektronika yang dipergunakan untuk mengatur tegangan maupun kecepatan putaran motor menunjukkan perkembangan yang pesat dalam pemakaiannya. Beberapa contoh umum pemakaian konverter : 1. Lampu flourescent, dimmer.

  2. Peralatan kantor seperti komputer dan mesin fax.

  3. Perangkat elektronik untuk rumah tangga seperti TV, microwave 4. Variable speed drive (VSD).

  5. Charger baterai.

  6. Uninterruptible Power Supply (UPS).

  Pemakaian konverter sebagai penyearah arus bolak-balik membawa kerugian pada jaringan listrik, yaitu merusak bentuk gelombang tegangan dan arus bolak-balik sehingga tidak merupakan gelombang sinusoidal murni. Bentuk gelombang arus dan tegangan yang tidak sinusoidal tersebut mengandung gelombang frekuensi dasar dan frekuensi harmonisa yang dapat menyebabkan adanya gangguan pada sistem tenaga listrik. Dari bentuk gelombang arus di sisi arus AC pada peralatan konverter dapat diperoleh beberapa hal yang penting, yaitu :

  1. Tidak ada harmonisa kelipatan tiga yang berarti tidak ada harmonisa urutan nol.